Ο σύνδεσμος θερμοκρασίας-Τρέχουσας πυκνότητας
Οι προδιαγραφές πυκνότητας ρεύματος επιμετάλλωσης προϋποθέτουν μια συγκεκριμένη θερμοκρασία λουτρού. Η κινητική της ηλεκτροχημικής αντίδρασης, η αγωγιμότητα του διαλύματος και οι ρυθμοί διάχυσης εξαρτώνται από τη θερμοκρασία. Ένα μπάνιο σε πλάκες 55 μοιρών με διαφορετικό τρόπο από το ίδιο λουτρό στους 50 βαθμούς, ακόμη και με πανομοιότυπες ρυθμίσεις ανορθωτή.
Όταν η απόδοση παραγωγής αυξάνεται, ο ανορθωτής παρέχει μεγαλύτερη ένταση ρεύματος. Περισσότερο ρεύμα σημαίνει περισσότερη ωμική θέρμανση στο διάλυμα. Η θερμοκρασία του μπάνιου αυξάνεται εκτός εάν το σύστημα ψύξης αφαιρεί την επιπλέον θερμότητα. Αντίθετα, κατά τη διάρκεια χαμηλών-περιόδων παραγωγής, μειωμένο ρεύμα σημαίνει λιγότερη αυτοθέρμανση-. Ο εναλλάκτης θερμότητας PTFE πρέπει να προσθέσει περισσότερη θερμότητα για να διατηρήσει τη θερμοκρασία.
Το σύστημα θέρμανσης και ο ανορθωτής συνδέονται μέσω της θερμοκρασίας του μπάνιου. Η αναντιστοιχία μεγεθών προκαλεί μετατόπιση θερμοκρασίας που αλλάζει τις ιδιότητες των εναποθέσεων. Ο μηχανικός που ορίζει το μέγεθος ενός εναλλάκτη θερμότητας PTFE πρέπει να κατανοήσει την πλήρη ισορροπία θερμότητας, συμπεριλαμβανομένης της συμβολής του ανορθωτή.
Η εξίσωση του ισοζυγίου θερμότητας
Η ισορροπία θερμότητας μιας δεξαμενής επιμετάλλωσης περιλαμβάνει πολλαπλές εισόδους και απώλειες. Ο ανορθωτής παρέχει θέρμανση με αντίσταση: περίπου το 70-85% της ηλεκτρικής ισχύος που παρέχεται στο λουτρό μετατρέπεται σε θερμότητα. Ένας ανορθωτής 10.000 amp που λειτουργεί στα 8 volt αποδίδει 80 kW ηλεκτρικής ισχύος, εκ των οποίων περίπου 60-68 kW μετατρέπονται σε θερμότητα.
Οι πρόσθετες εισροές θερμότητας περιλαμβάνουν την εργασία της αντλίας (μικρή, συνήθως 1-3 kW), τη θερμότητα της χημικής αντίδρασης (εξώθερμη ή ενδόθερμη, συχνά αμελητέα) και την είσοδο ατμού του εναλλάκτη θερμότητας PTFE.
Οι απώλειες θερμότητας περιλαμβάνουν εξάτμιση από την επιφάνεια του λουτρού (σημαντική, 5-15 kW για μεγάλες ανοιχτές δεξαμενές), ακτινοβολία και μεταφορά από τα τοιχώματα της δεξαμενής, εξαερισμό εξαγωγής που απομακρύνει τον θερμό αέρα και κρύα τεμάχια εργασίας που εισέρχονται στο λουτρό.
Ο εναλλάκτης θερμότητας PTFE πρέπει να παρέχει τη διαφορά μεταξύ των συνολικών απωλειών θερμότητας και του αθροίσματος όλων των άλλων κερδών θερμότητας. Όταν ο ανορθωτής είναι σε πλήρες φορτίο, παρέχει το μεγαλύτερο μέρος της απαιτούμενης θερμότητας. Ο εναλλάκτης μπορεί να χρειαστεί να παρέχει μόνο μακιγιάζ για απώλειες εξάτμισης. Στο ρελαντί χωρίς φορτίο ανορθωτή, ο εναλλάκτης πρέπει να παρέχει όλες τις απώλειες θερμότητας για να διατηρεί τη θερμοκρασία.
Πίνακας 1: Ισορροπία θερμότητας για επινικελωμένη δεξαμενή 8.000 λίτρων σε μεταβαλλόμενα φορτία ανορθωτή
| Κατάσταση Λειτουργίας | Είσοδος θερμότητας ανορθωτή (kW) | Απώλεια εξάτμισης (kW) | Απώλεια τοίχου/αερισμού (kW) | Απαιτούμενη είσοδος θερμαντήρα PTFE (kW) |
|---|---|---|---|---|
| Πλήρης παραγωγή (8.000 A) | 55 | 12 | 15 | 0 (η υπερβολική θερμότητα αφαιρείται με ψύξη) |
| Μισή παραγωγή (4.000 A) | 27 | 10 | 13 | 0 (κοντά στο υπόλοιπο) |
| Σε αδράνεια (0 A, διατήρηση 55 μοιρών) | 0 | 5 | 12 | 17 |
| Ψυχρή εκκίνηση (20 μοίρες έως 55 μοίρες) | 0 | 0 | 3 | 75 (θέρμανση-υποχρέωση) |
Ισορροπία θερμότητας για τυπικό λουτρό νικελίου Watts. Η κυκλοφορία κρύου νερού χειρίζεται την υπερβολική θερμότητα σε πλήρη παραγωγή. Θερμαντήρας PTFE κατάλληλος για λειτουργία εκκίνησης.
Προσαρμογή μεγέθους του εναλλάκτη θερμότητας PTFE για μεταβλητό φορτίο
Ο εναλλάκτης θερμότητας PTFE πρέπει να ικανοποιεί τη μεγαλύτερη ζήτηση θέρμανσης στον κύκλο λειτουργίας. Για τις περισσότερες γραμμές επιμετάλλωσης, αυτή είναι η κατάσταση κρύας εκκίνησης: θέρμανση ολόκληρου του όγκου λουτρού από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος στη θερμοκρασία λειτουργίας εντός καθορισμένου χρόνου.
Το καθήκον εκκίνησης επισκιάζει τη σταθερή-αδράνεια. Το παράδειγμα δεξαμενής 8.000 λίτρων απαιτεί 75 kW για την εκκίνηση, αλλά μόνο 17 kW για συντήρηση στο ρελαντί. Ο εναλλάκτης PTFE που έχει μέγεθος για εκκίνηση 75 kW είναι περισσότερο από επαρκής για όλες τις άλλες συνθήκες. Κατά τη διάρκεια της πλήρους παραγωγής, ο εναλλάκτης μπορεί να απομονωθεί ή να διαμορφωθεί σε μηδενική ροή ατμού, ενώ η ψύξη αφαιρεί την υπερβολική θερμότητα του ανορθωτή.
Το σύστημα ελέγχου διαχειρίζεται τη μετάβαση. Ένας ελεγκτής θερμοκρασίας ανιχνεύει τη θερμοκρασία του μπάνιου και ρυθμίζει τη βαλβίδα ατμού στον εναλλάκτη PTFE. Όταν η θερμότητα του ανορθωτή αυξάνει τη θερμοκρασία του λουτρού πάνω από το σημείο ρύθμισης, η βαλβίδα ατμού κλείνει. Εάν η θερμοκρασία συνεχίσει να αυξάνεται, το σύστημα ψύξης ενεργοποιείται. Αυτός ο έλεγχος καταρράκτη διατηρεί τη θερμοκρασία εντός ±1 βαθμού σε όλους τους ρυθμούς παραγωγής.
Δυνατότητα ανατροπής
Οι εναλλάκτες θερμότητας PTFE ανέχονται μεγάλες αναλογίες απόσβεσης χωρίς προβλήματα απόδοσης. Σε αντίθεση με τους μεταλλικούς εναλλάκτες που μπορεί να παρουσιάσουν διάβρωση που σχετίζεται με-συμπύκνωση σε χαμηλές ροές ατμού, το PTFE δεν επηρεάζεται χημικά από το συμπύκνωμα. Η βαλβίδα ατμού μπορεί να διαμορφώσει από το μηδέν έως την πλήρη ροή ανάλογα με τις ανάγκες.
Για εφαρμογές με ακραίες απαιτήσεις απόρριψης, μια διαμόρφωση split-πηνίου παρέχει καλύτερο έλεγχο. Δύο ανεξάρτητα κυκλώματα πηνίου PTFE μοιράζονται τη δεξαμενή. Ο ελεγκτής λειτουργεί ένα κύκλωμα για βασικό φορτίο, φέρνοντας το δεύτερο κύκλωμα σε σύνδεση κατά τη διάρκεια της εκκίνησης ή των περιόδων υψηλής ζήτησης-. Αυτή η διάταξη βελτιώνει την ακρίβεια ελέγχου της θερμοκρασίας σε χαμηλές εισόδους θερμότητας.
Περίληψη
Η χωρητικότητα του εναλλάκτη θερμότητας PTFE πρέπει να ταιριάζει με το πλήρες εύρος των συνθηκών λειτουργίας του ανορθωτή. Η κυρίαρχη συνθήκη μεγέθους είναι συνήθως η κρύα εκκίνηση και όχι η λειτουργία σε σταθερή-κατάσταση. Οι υπολογισμοί του ισοζυγίου θερμότητας, συμπεριλαμβανομένης της εισόδου του ανορθωτή, της εξάτμισης και των απωλειών τοιχώματος καθορίζουν την απαιτούμενη εργασία εναλλάκτη.
Ο εναλλάκτης PTFE παρέχει συμπληρωματική θερμότητα κατά τις περιόδους αδράνειας και χαμηλής-παραγωγής. Σε πλήρη παραγωγή, η υπερβολική θερμότητα του ανορθωτή μπορεί να απαιτεί ψύξη. Το σύστημα ελέγχου εναλλάσσει τη θέρμανση και την ψύξη για να διατηρεί τη θερμοκρασία σε όλους τους ρυθμούς παραγωγής.
Η μηχανική ανάλυση για το μέγεθος εναλλάκτη θερμότητας PTFE με ενσωμάτωση θερμότητας ανορθωτή είναι διαθέσιμη με την υποβολή του όγκου της δεξαμενής, της θερμοκρασίας λειτουργίας, του εύρους εξόδου του ανορθωτή, του χρονοδιαγράμματος παραγωγής, της απαίτησης χρόνου εκκίνησης και των στοιχείων του υπάρχοντος συστήματος θέρμανσης ή ψύξης.
